[发明专利]一种分区分层土壤中地中电流场分布的计算方法

摘要

本发明公开了一种分区分层土壤中地中电流场分布的计算方法，将分区分层土壤中相邻区域的分界面剖分成多个单元；在每个单元的两侧分别引入一个面电流；根据电磁场边界条件建立方程，计算每个单元两侧的面电流密度；基于每个单元两侧的面电流密度，使用复镜像法计算分区分层土壤中任意位置的电场，从而确定分区分层土壤中地中电流场的分布。本发明通过在分界面引入面电流并结合复镜像法，将复杂的分区分层土壤等效成了简单的单一分层土壤，能够考虑非常复杂的土壤结构，且计算方法简单；通过使用电磁场边界条件建立方程，保证了计算结果的准确性；同时，本发明能够分析直至无穷远处的电场分布。

主权项

1.一种分区分层土壤中地中电流场分布的计算方法，其特征在于，包括：步骤1、将分区分层土壤中相邻区域的分界面剖分成多个单元，所述单元满足唯一的边界条件；步骤2、在每个单元的两侧分别引入一个面电流，两侧的面电流分别对应单元的两侧区域；步骤3、根据电磁场边界条件建立方程，计算每个单元两侧的面电流密度；单元两侧的面电流密度的计算方法为：步骤31、根据电磁场边界条件建立方程①：式中：为单元k中心左侧的场强，为单元k中心右侧的场强，为单元k的法向单位向量，为单元k的切向单位向量，ρ_II1为该单元左侧土壤电阻率，ρ_III1为该单元右侧土壤电阻率；步骤32、假设所有分区分界上剖分的单元总数为m，用m×1的矩阵EI1表示导体电流在各单元左侧法向方向上产生的电场，EI2表示导体电流在各单元左侧切向方向上产生的电场，EI3表示导体电流在各单元右侧法向方向上产生的电场，EI4表示导体电流在各单元右侧切向方向上产生的电场；用m×1的矩阵J1表示求解各单元左侧区域时单元上的面电流密度，J2表示求解各单元右侧区域时单元上的面电流密度；用m×m的矩阵E1表示J1在各单元左侧法向方向上产生的电场，E2表示J1在各单元左侧切向方向上产生的电场，E3表示J2在各单元左侧法向方向上产生的电场，E4表示J2在各单元左侧切向方向上产生的电场，E5表示J1在各单元右侧法向方向上产生的电场，E6表示J1在各单元右侧切向方向上产生的电场，E7表示J2在各单元右侧法向方向上产生的电场，E8表示J2在各单元右侧切向方向上产生的电场；步骤33、假设激励和待求量不在同一区域，用m×m的矩阵S1表示各单元左侧土壤电导率，S2表示各单元右侧土壤电导率；步骤34、通过每个单元中心法向和切向满足的边界条件得到一个含2m个未知数2m个方程的线性方程组，建立矩阵方程②：步骤35、求解矩阵方程②获得每个单元两侧的面电流密度；步骤4、基于每个单元两侧的面电流密度，使用复镜像法计算分区分层土壤中任意位置的电场，从而确定分区分层土壤中地中电流场的分布。